上海
你坐高鐵出遠門的時候，有沒有低頭留意過腳下的鐵軌？幾百上千噸的列車天天高速跑，鐵軌居然都是上窄下寬的工字型。你別覺得這形狀隨便定的，為了搞出最合適的鐵軌，全世界工程師折騰快半個世紀才定下方案，門道可多了。
1767年英國人造出最早的鐵軌，是上下一樣寬的矩形結構。這種鐵軌全靠一整塊硬鋼材扛壓力，要夠用就得做得又厚又寬。不僅耗材多造價貴，連個擋車輪的結構都沒有，火車跑起來脫軌風險特別高。
過了九年，英國人又改良出了魚腹式L形鐵軌。用料比之前省了不少，穩定性反而提了上去，L形內側剛好能卡住車輪，大大降低了脫軌的概率。這種設計也藏著大問題，L形鐵軌的上端太窄，受力不均勻，用不了多久就會被火車壓彎，更換頻繁還容易引發事故。
之后近半個世紀，各地工程師都在不停調整鐵軌的形狀方案。直到1831年，美國人研究出了我們現在熟悉的上窄下寬工字形鐵軌。這個方案一推出直接解決了之前所有痛點，一直沿用至今，咱們國家鐵路的LOGO上印的就是這種鐵軌。
工字形鐵軌一共分成軌底、軌腰、軌頭三個部分。最下方的軌底，主要任務就是分散壓力穩住軌道，把列車和鐵軌的重量均勻傳導給枕木和路基。它得做得足夠寬，才能降低重心擴大受力面積，穩穩托住高速飛馳的列車。
中間又細又高的部分是軌腰，負責把軌頭承受的壓力傳導給軌底。這個部位受力不大，做細做高剛好，能省下大量鋼材，還給車輪留出了足夠的活動空間。
最上方的軌頭是整個鐵軌的核心承重區，必須做得厚實抗造，才能扛住列車反復碾壓。它又不能做得比軌底寬，一旦軌頭寬過軌底，整個車身重心就會向外偏移，會大幅增加火車過彎時的脫軌概率。
工字形鐵軌上下兩頭做厚用來扛受力，中間收窄省下鋼材，把力學原理和性價比拿捏得剛剛好。能用到現在都沒被淘汰，自然有它的道理。
就算鐵軌設計得再完美，也沒法自己解決火車轉彎的問題?；疖囖D彎時，外側車輪要走的路程比內側車輪長，設計不到位就容易打滑甚至脫軌。我們平時坐火車過彎幾乎感受不到異常，這其中還有另一層設計巧思。
答案藏在火車的車輪上，火車車輪內側有一圈凸出的輪緣，剛好能卡在鐵軌內側。哪怕過彎時車身出現偏移，也能牢牢把列車鎖在軌道上。新問題也隨之而來，輪緣要是和鐵軌接觸面太大，過彎時會產生巨大的摩擦力，搞不好直接把車輪卡死。
工程師想出的辦法，就是直接改車輪的形狀。現在我們看到的火車車輪，不是規整的直圓柱，而是外窄內寬的斜面圓錐。貨車過彎時受離心力影響，外側車輪會往更寬、直徑更大的內側擠壓，內側車輪則會往更窄、直徑更小的外側偏移。
兩邊車輪接觸鐵軌的直徑不一樣大，剛好補上了內外側的路程差，完美解決了轉彎的問題。更巧的是，這種圓錐形車輪跑直線的時候，還會自然地左右小幅擺動。能分散單一位置的磨損，無形中延長了車輪和鐵軌的使用壽命。能想出這種設計，說一句天才不過分吧。
參考資料：央視新聞 鐵軌為什么是上窄下寬的工字形
特別聲明：以上內容(如有圖片或視頻亦包括在內)為自媒體平臺“網易號”用戶上傳并發布，本平臺僅提供信息存儲服務。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.
